High-Speed-Qualitätskontrolle dank leistungsstarker Kameratechnologie

Neue Form-, Füll- und Verschließmaschine FMH 80 von SN Maschinenbau. (Bild: Leuze)Neue Form-, Füll- und Verschließmaschine FMH 80 von SN Maschinenbau. (Bild: Leuze)

Die Verpackungsmaschinenexperten der SN Maschinenbau GmbH, Wipperfürth, haben das Gesamtkonzept einer Beutelabfüllanlage, die bei namhaften Unternehmen der Lebensmittelindustrie zum Einsatz kommt, neu durchdacht, innovativ umgesetzt und bei der Verifizierung von Codes und Mindesthaltbarkeitsdaten auf die Smart-Kamera-Technologie der Leuze electronic GmbH + Co. KG, Owen/Teck, gesetzt.

Ob Soßen, Snacks oder Fertiggerichte abgefüllt und verpackt werden – in Verpackungstechnik und Lebensmittelindustrie kommt es auf hohen Durchsatz und schnelle Formatwechsel an, und das bei höchsten Qualitäts- und Hygienestandards. Hierzu müssen die eingesetzten Sensoren vor allem eines leisten: bei Leistung, Flexibilität und Hygiene überzeugen.

Drei Aufgabenstellungen, eine Visualisierung

Bei der Entwicklung der neuen Form-, Füll- und Verschließmaschine FMH 80 ließen sich die Konstrukteure von SN Maschinenbau eine ganzheitliche Lösung für verschiedene Aufgaben mit nur ein und demselben Kamerasystem einfallen. Sie hinterfragten bestehende Prozesse und Prinzipien und suchten nach neuen, kreativen und flexiblen Lösungen.

Ziel war es, einerseits die Überwachung des Mindesthaltbarkeitsdatums (MHD) wirtschaftlich zu gestalten, andererseits Referenzcodes zu erkennen (Letzteres automatisch umschaltbar beim Produktwechsel). Eine dritte Applikation mit derselben Kamera vermisst die Position der Druckmarke auf der Verpackung mit der Ausgabe einer Stellgröße in Millimeter an einen Servoantrieb und berichtigt im Prozess die Siegelstationen der vertikalen Siegelnähte. Hierdurch werden die Druckschwankungen auf der Verpackung automatisch korrigiert.

Sensoren müssen hohe Anforderungen an Leistung, Flexibilität und Hygiene miteinander verbinden.

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: „Heraus kam ein innovatives Konstruktionskonzept, das die Basis für eine neue Generation von Beutelverpackungsmaschinen legt“, sagt Thomas Berger, Leiter der Elektroentwicklung bei SN Maschinenbau, zufrieden. Mit dem neuen Maschinenkonzept wurde eine offene, hygienische Maschinenbauform mit reduziertem Teilevolumen realisiert, das versteckte Stellen und Kanten ausschließt und so eine sehr einfache Reinigung ermöglicht. Gleichzeitig konnte man den gestiegenen Kundenanforderungen an Hygiene und Allergenfreiheit gerecht werden. Jedes einzelne Element, vom Safety-Konzept bis hin zur Visualisierung wurde auf den Prüfstand gestellt und ggf. neu überdacht.

Druckmarkenvermessung in der neuen FMH 80 – mit zusätzlichem Edelstahlgehäuse und Visualisierung. (Bild: Leuze)

Druckmarkenvermessung in der neuen FMH 80 – mit zusätzlichem Edelstahlgehäuse und Visualisierung. (Bild: Leuze)

Visualisierung und Prüfung von Referenzcodes

„Die erste Aufgabe stellte die Verifizierung von Referenzcodes dar“, erklärt Michael Fahr, langjähriger Vertriebsspezialist bei Leuze electronic. Die in der Maschine programmierten Produkte und Rezepturen werden direkt über die Steuerung ohne manuellen Eingriff durch einen Mitarbeiter gewechselt. „Zudem muss die Kontrolle, dass der richtige Inhalt in die dafür vorgesehene richtige Verpackung abgefüllt wird, jederzeit gegeben sein“, fügt er hinzu.

Hierzu bedarf es einer Visualisierungsoptik, welche die Referenzcodes entsprechend liest und gleichermaßen abgleicht. Bildlich gesprochen könnte sonst passieren, dass ein Kunde statt seiner auf der Verpackung abgebildeten Lieblingsbolognese plötzlich eine Carbonarasoße erhält. Das wäre im Zweifel nicht nur ärgerlich, sondern im Zeitalter verstärkt auftretender Allergieerkrankungen mitunter sogar lebensgefährlich.

Bei dem nun mit dem LSIS 462i neu eingesetzten Visualisierungssystem handelt es sich um eine kamerabasierte Technologie. Zur absoluten High-End-Lösung wird diese in Kombination mit dem eingesetzten Kontrasttaster RTM20, welcher unterschiedliche Kontrastwerte der Druckmarken auf der Verpackung speichern kann, die direkt aus der Steuerung heraus abgerufen werden können.

„Eine so komfortable und gleichermaßen wirtschaftliche Lösung schwebte mir schon lange vor – bislang hatte ich jedoch noch keine Möglichkeit gefunden, diese Wirklichkeit werden zu lassen“, sagt Thomas Berger und zeigt sich mit dieser High-End-Variante sehr zufrieden.

In der Vergangenheit konnten entweder Referenzcodes erkannt werden, welche in Form eines Barcodes oder als 2-D-Codes abgebildet waren. „Um für zukünftige Aufgabenstellungen unserer Kunden gerüstet zu sein, ist es wichtig, eine Lösung für Barcodes, Datamatrixcodes und QR-Codes gleichermaßen vorzuhalten“, so Berger. Auch für dieses Problem hatte Michael Fahr für ihn mit der Smartkamera eine passende Lösung gefunden, denn beim LSIS 462i handelt es sich um einen multicodefähigen Highspeed-Reader, der verschiedene Typen von Referenzcodes erkennen kann.

Die Prüfung erfolgt während der Bewegung der Verpackungen mit einer Geschwindigkeit von bis zu vier Meter pro Sekunde. Aufgrund der hohen Hygienebestimmungen in der Lebensmittelindustrie wurde der LSIS 462i in der neuen Beutelverpackungsmaschine zusätzlich in ein Edelstahlschutzgehäuse mit hoher IP-Schutzart eingebaut, was sein Detektionsvermögen aber keineswegs beeinträchtigt.

Prüfung von Mindesthaltbarkeitsdaten

Eine weitere Herausforderung in dieser Applikation stellte die Prüfung der Lesbarkeit der Mindesthaltbarkeitsdauerbeschriftungen (MHD) dar. Waren in der Vergangenheit MHD-Codes qualitativ schlecht aufgedruckt, die Daten durch Fehlprägungen in der Verpackungstechnik unleserlich oder fehlte der Aufdruck gar gänzlich, konnten solche Beutel in dieser Highspeed-Anwendung nur mit deutlich teureren Systemen erkannt werden.

Die neue Smart Kamera-Technologie hingegen bewertet die MHD-Beschriftungen an jedem einzelnen Beutel anhand mehrerer Qualitätsmerkmale sowohl im Stillstand als auch in der Bewegung. Ein zweiter LSIS 462i detektiert genauso die Qualität jedes Codes und nimmt zudem einen Referenzcodevergleich vor, sodass die Verpackung auch wirklich das beinhaltet, was sie verspricht.

Michael Fahr (Leuze electronic), Jan Kronenberg und Thomas Berger (SN Maschinenbau) zeigen sich zufrieden mit dem Ergebnis (v.l.n.r.). (Bild: Leuze)

Michael Fahr (Leuze electronic), Jan Kronenberg und Thomas Berger (SN Maschinenbau) zeigen sich zufrieden mit dem Ergebnis (v.l.n.r.). (Bild: Leuze)

Rundum überzeugende Gesamtlösung

Jan Kronenberg und Thomas Berger sind sich einig: Die Gesamtlösung überzeugt auf ganzer Linie. Die in dieser Applikation eingesetzte stationäre Smart-Kamera LSIS 462i von Leuze electronic vereint jahrzehntelanges Know-how aus dem Bereich der 1D-Codelesung mit innovativer Smart-Kamera-Technologie. Er liest Barcodes, 1D- und 2D-Codes zuverlässig, sowohl gedruckt als auch direkt markiert. Gleichzeitig erkennt er Mindesthaltbarkeitsdaten. Die Messtechnologie im Inneren der Smart-Kamera kann im Prozess Messergebnisse mit einfließen lassen oder für die Formatumstellung eine Verstellhilfe geben, die Position der Druckmarke schnell zu finden.

Damit werden drei Aufgabenstellungen mit einer einzigen Kameravariante erfüllt. Dies stellt im Vergleich zur OCR-Lesung für Highspeed-Anwendungen eine wirtschaftliche und kostengünstige Lösung dar. Aufgrund seiner Speicherfunktion kann auch der Kontrastsensor  KRTM20 bis zu 128 Kontrastwerte zeitgleich speichern. So sind schnelle Produktwechsel und damit ein hoher Durchsatz auch im Bereich der Druckmarkenregelung möglich. Durch seine integrierten homogenen und enorm fremdlichtunabhängigen LEDs ist der LSIS 462i flexibel auf unterschiedlichste Verpackungsdesigns anpassbar.

Die Smart-Kamera lässt sich mittels reproduzierbarer, mechanischer Befestigung (konstruiert von SN Maschinenbau) einfach integrieren. Referenzcodevorgabe und Programmwechsel erfolgen direkt von der Steuerung, ohne dass ein manueller Eingriff notwendig ist. Ein mechanischer Eingriff oder gar ein Öffnen der Kamera ist auch dann nicht notwendig, wenn der Fokus umgestellt werden muss.

Die Konfiguration erfolgt direkt über webConfig, sodass keine separate Parametriersoftware notwendig ist. Dieses webbasierende, vom Betriebssystem unabhängige Softwaretool erleichtert die Inbetriebnahme enorm und spart Kosten. Somit sind eine einfache Qualitätssicherung und Identifikation durch eine leistungsstarke Kameratechnologie gewährleistet.

Leuze auf der SPS IPC DRIVES 2018: Halle 7A, Stand 230

SN Maschinenbau ist Hersteller von Form-, Füll- und Verschließmaschinen sowie FS-Rundläufermaschinen und blickt aus eine langjährige Tradition zurück. Über fünf Jahrzehnte Erfahrung, Unternehmergeist und Innovationskraft haben das Unternehmen zum Weltmarkführer für die Herstellung und Verarbeitung von Siegelrand- und Konturbeuteln gemacht. Verpackt werden können Produkte unterschiedlichster Art und Konsistenz aus den Bereichen Pharma, Kosmetik, Lebensmittel und Tiernahrung. Zu den Kunden zählen zahlreiche Marktführer wie Unilever, Dr. Oetker, Kraft, Erasco, Nestlé oder Dehner.
Über 50 Jahre Erfahrung haben Leuze electronic zum Experten für innovative und effiziente Sensorlösungen in der industriellen Automation gemacht. Der Fokus liegt auf der Intralogistik und der Verpackungsindustrie, auf dem Bereich Werkzeugmaschinen, der Automobilindustrie sowie der Laborautomation. Zum Portfolio gehören schaltende und messende Sensoren, Identifikationssysteme, Lösungen für die Bildverarbeitung und Datenübertragung sowie Komponenten und Systeme für die Arbeitssicherheit.